简易RLC测量仪

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1、论文题目：简易数字式电阻、电容、电感测量仪1绪论1.1元器件参数测量仪在现代化生产、学习、实验当中，往往需要对某个元器件的具体参数进行测量，在这之中万用表以其简单易用，功耗低等优点被大多数人所选择使用。然而万用表有一定的局限性，比如：不能够测量电感，而且容量稍大的电容也显得无能为力。所以制作一个简单易用的电抗元器件测量仪是很有必要的。现在国内外有很多仪器设备公司都致力于低功耗手持式电抗元器件测量仪的研究与制作，而且精度越来越高，低功耗越来越低，体积小越来越小一直是他们不断努力的方向。该类仪器的基本工作原理是将电

2、阻器阻值的变化量，电容器容值的变化量，电感器电感量的变化量通过一定的调理电路统统转换为电压的变化量或者频率的变化量等等，再通过高精度AD采集或者频率检测计算等方法来得到确定的数字量的值，进而确定相应元器件的具体参数。电阻的参数主要是电阻值，电容的参数包括:电容值、损耗系数，电感的参数包括:电感值、品质因素。1.2元器件参数测量仪常用解决方案1.2.1平衡电桥法测量原理桥电路由未知阻抗，已知标准电阻和具有总电阻的电阻性电位计组成，电桥各元素分别是、、、。其中代表电位计变换的位置。电桥由正弦交流电源供电，频率为为桥

3、路输出电压。当改变电位计的位置时，就可得到半平衡电桥。真正的半平衡状态是与一个特定的桥路电压相差900。可用相敏检测仪检测出来。通常相敏计有倍增式和同步式两种，其检出信号取决于输入和另一个参考电压37，设那么，在倍增型可用式（1）表示，同步式可用式（2）表示：（1）（2）如果、相差900输出为0，如果是输入信号，桥式电路中另一个指定信号是参考信号，相敏计输出为0，这将意味着和指定电压相位差900,表明是半平衡状态。在两个指定电压下，能够获得两个独立的半平衡。达到平衡时所测得的数据和用来计算未知参数。根据被测阻抗

4、的特性按照以下分析可以得到两种平衡。图1.1测量阻抗的电桥电路和电感阻抗半平衡向量图1.2.2利用NE555芯片和电容电感组成的震荡电路测量原理该方法是利用NE555芯片和电容电感构成震荡电路，把较难测量的物理量转变成精度较高且较容易测量的物理量。把电子元件的集中参数R、L、C转换成频率信号f，然后利用单片机计数后在运算求出R、L、C的值，并送显示，转换的原理分别是RC震荡和LC三点式震荡。这种转换就是把模拟量转换为数字量，频率f是单片机很容易处理的数字量，这种数字化处理一方面便于使仪表实现智能化，另一方面也避

5、免了由指针读数引起的误差。缺点是，外围电路较复杂，并且测量范围有限。371.2.3利用运算放大器LM311及外围组成的震荡电路测量原理该电路外围电路简单，工作稳定可靠，LM311输出的方波波形整齐稳定，方便单片机或者计数器的测量。LM311和电容电感配合组成的震荡电路最高震荡频率可达4MHz，所以可以测量很宽范围内的电容值和电感值。该方案原理图如图1.2所示：图1.2LM311和电容电感组成的震荡电路经过仔细比较和优化，本系统最终决定采用LM311和电容电感组成振荡电路的方法来进行电容电感，然后通过单片机和计数

6、器组成的频率测量电路最终计算出电容值和电感值。选择该方案的原因是由于该方案可行性比较高，外围电路难度适中，测量范围宽，系统总体功耗较低，可以满足本次设计要求。1.3本系统实现的的功能和指标本次设计的题目源于2010年四川省TI杯模拟及模数混合电子设计竞赛题目的A题。这是一个综合性挺强的题目，主要考察学生的数模混合电路的设计。在此基础上稍加改动，既满足了毕业设计的难度要求，又符合自己的兴趣爱好。原题的要求如下：（1）测量电阻范围：100W～1MW，测量精度：；（2）测量电容范围：100pF～10000pF，测量精

7、度：；（3）测量电感范围：100mH～10mH，测量精度：；（4）使用键来设置测量的种类和单位，并显示；37（5）自制电源。本次设计中扩展了题目中要求的范围，并且还增加了良好的人机交互界面。按键控制、128×64宽屏液晶显示测量结果，操作简便，一目了然。扩展后的范围如下：（1）测量电阻范围：1W～1MW，测量精度：；（2）测量电容范围：10pF～100000pF，测量精度：；（3）测量电感范围：30mH～500mH，测量精度：；2系统设计和分析2.1简易电阻、电容电感测量仪的原理本系统的基本工作原理是将电阻，电

8、容，电感的变化量最终变成脉冲波频率的变化量，通过单片机和由数字芯片搭建的计数器电路可以很方便的计算出脉冲波的频率，确定频率之后可以通过相应的公式计算出各个器件的参数。系统可以分为三部分：即电阻测量部分、电容测量部分、电感测量部分。每个部分对应一块模拟电路，实现了相应元件的参数转换为脉冲波频率的变化。电阻测量的核心芯片是ADVFC32，该芯片功能是将电压的变化转换为随电压线性变化的频率的